Call Us : (+98 21) 88 20 20 60

لوله‌های پلی اتیلن

تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن

تاثیر تنش پسماند بر شکل ترک لوله‌های پلیمری

چکیده
تاثیر شدت تنش بر شکل هندسی ترک و متعاقب آن روی  وضع ترک در لوله‌های پلی اتیلنی محاسبه شده است.
شکل هندسی ترک تاثیر قابل توجهی در میزان فاکتور شدت تنش بدست آمده دارد. با استفاده از یک روش متداول خاص که وجود مداوم عامل تنش را در امتداد لبه‌ی ترک تضمین می‌کند. شکل ترک را با یک تحلیل سه بعدی به شکل آماری  محاسبه می‌کنند.
این مسئله مشخص شده است که  تاثیر تنش‏های پس مانده موجود و اثر افزایش قابل توجهی از عامل شدت تنش برای لوله‌ها شکل ترک را مشخص می‌کنند و اینکه این تاثیر را تنها در لوله‌های حاوی تنش پسماند می‌توان مشاهده کرد. یک معادله تقریبی برای محاسبه عامل شدت تنش در لوله‌هایی با تنش پس ماند ارائه گردیده و درستی آن آزمایش شده است.

 
مقدمه

داشتن عمر مفید حد اقل 50 سال نیاز بارزی است که در استفاده‌ی لوله‏ی پلاستیکی در توزیع آب و گاز احساس می‌شود(1.2.) و برای تعیین عمر مواد فشرده سازنده‌‌ی لوله‌های پلاستیکی از روش سنتی مبتنی بر آزمایش‌های هیدرو استاتیکی استفاده می‌شود.

تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
 
آزمون پارگی هیدرواستاتیک مربوط در محیطی خاص تحت تأثیر سطوح مختلف فشار و هم‏چنین مؤثر از دماهای مختلف صورت می‏گیرد. پدیده‏ ی خرابی حاصل از رشد شبه شکنندگی شکاف، امری است که وابسته با عملیات واقعی می‏شود. بنابراین شکست لوله‏ های پلیمری را می‏توان با استفاده از مفاهیم مکانیک شکست توصیف کرد .غالبا تولید لوله‏‌ها شامل اکستروژن پلیمر مذاب از طریق یک قالب حلقه‌ای و پس از آن قرار گرفتن سطح خارجی مواد اکسترود شده در معرض  خنک‏ کننده‏ های سریع صورت می‌گیرد. شکل 1 را مشاهده کنید. این فرآیند صنعتی تنش‏ های پسماند قطعی را در لوله معرفی می‏کند که با تنش‏ های حاصل از فشارهای داخلی در حین انجام کار، قابل مقایسه می‏باشد. بنابراین می‏توان تأثیر تنش ‏های  پسماند را در محاسبه‏ ی عمر لوله امری مهم تلقی کرد. هدف اصلی این مقاله  این است که اثر تنش‏های پسماند را بر هندسه و متعاقب آن بر رفتار نرم افزار بر آورد کند .
هندسه ‏ی نرم افزار، تاثیر قابل توجهی در نتیجه‌ی میزان  فاکتور شدت تنش دارد.  شکل ترک را از طریق یک تحلیل سه بعدی به صورت عددی محاسبه می‏کنند. در این کار با استفاده از یک روش خاص می‏توان فاکتور شدت تنش ثابت راه در کنار لبه شکاف تضمین می‌کند. روشی مشابه با آن استفاده می شود. برای طول یک ترک داده شده نسبت شیب ترک جهت دستیابی به یک فاکتور شدت تنش ثابت در طول مقابل ترک مکرار متغیر است. بر اساس محاسبات, تکامل یک ترک خزش، در صورت شارژ فشار داخلی با توجه به تنش‏های پسمانده به دست آمده است. نتایج و علم حاصله (ارائه شده) می‏تواند به عنوان ابزاری قدرتمند جهت تخمین عمر لوله‏ های پلاستیکی به کار رود.

 

تنش‎‏های  پسماند

تنش‏های پسماند حرارتی درون جدار لوله پلی اتیلن از طریق نرخ خنک‏ کننده‌های مختلف در طول سطح درونی و بیرونی لوله ‏ها تولید می‏شوند .یک توزیع (باقیمانده) تنش معمولی در امتداد ضخامت دیواره‏ی لوله در تصویر b2 نمایش داده شده است.
تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
 

Hoop = مماسی     Residual = پسماند

تصویر شماره 2.طرحواره توزیع تنش مماسی نشان می‌دهد که در امتداد ضخامت جداره‏ ی لوله در صورتی که تنها از طریق فشار داخلی پوینت شارژ گردد.
(a)●تنش پسماند که ناشی از فرآیند خنک‏کننده‏ی سطح خارجی .
(b)●تقریب خطی از تنش پسماند پس از خنک‏کننده در سطوح خارجی
(c)●مجموع تنش‏  مماسی حاصل از جمع فشار داخلی و تنش پسماند
(d)●تنش مانده که حاصل از خنک کننده سطح خارجی وداخلی .
 معمولا لوله ‏های پلاستیکی که از طریق فرایند اکستروژن شکل می‏گیرند و  توسط خنک‏ کنندگی قوی با آب تنها از دیواره خارجی لوله مشخص می‌شوند. دیواره  داخلی در مجاورت هوای ساکن قرار می‏گیرد. فرایند خنک کننده‏ای لوله، تحت تأثیر این شرایط، منجربه انجماد مواد غیر همگن در سراسر دیوار لوله و معرفی یک توزیع تنش پسماند نزدیک به آنچه در تصویر 2b نشان داده شده می انجامد. مقدار تنش‏های پس‏مانده تا حد قابل توجهی به تاریخ پردازش ( خنک‏ کننده سریع منجر به تنش‏های بالا پسماند بستگی دارد. براساس داده ‏های نوشته شده تنش‏های پسماند در پلی‏ اتیلن که بطور یکنواخت از لوله‌ها استفاده می‌کنند بین 2 مگا پاسکال و 4 مگاپاسکال متغیر هستند و با حداکثر تنش دایره ‏ای ناشی ا ز تحت فشار قرار دادن لوله قابل مقایسه است , تصویر (2a) را مشاهده کنید. توزیع غیر خطی تنش پسماند غالباً توسط توزیع طولی ساده می‏شود آن‏چنان که در تصویر (2c) مشاهده می‏شود. در رابطه با کار و وظیفه اصلی لوله، کل تنش مماسی در دیوار لوله با مجموع تنش مماسی ناشی از فشار داخلی پاینت و تنش پسماند حاصل از تولید تکنولوژی ، برابر است. همان‏طور که در تصویر 2d دیده می‏شود .چنانچه فرایند خنک ‏کنندگی هم در سطوح خارجی و هم داخلی مورد استفاده قرار بگیرند، توزیع تنش پسماند در سراسر دیوار لوله با شکل 2e برابر است.
فرآورده ‏های لوله برای کاربردها و مصارف طولانی مدت طراحی شده‏ اند (لوله ‏های پلی‏ اتیلنی «PE»مدرن که عمری بالغ بر 50 سال را تضمین می‏کند)بطوریکه استحکام تنش پسماند درطول زمان یک عامل قابل توجه به شمار می‏آید. در نوشته‏ های فرانک و همکاران لوله‏ هایی که 20 تا 30 قدمت دارند (لوله هایی مربوط به سالهای 1988، 1987، 1981 و 1976)مورد بررسی قرار گرفت. این مسئله مشخص شده است که تنش‏های پسماند هنوز در لوله ‏های قدیمی تا حدود یکسانی باقی مانده و اینکه این تنش‏های پسماند را درمحدوده‌ای از 2 مگا پاسکال تا 4 مگاپاسکال  می‌توان مشاهده کرد.
در فعالیت‏ های جدید، تنش‏های پسماند نسبت به حداکثر تنش‌های مماسی حدود2.3 مگا پاسکال در گروه پایین مقادیر محاسبه شده‌ی تجربی در نظر گرفته می‌شود. برای توزیع معمولی تنش‏های مماسی درسراسر دیوار لوله از شبیه‌سازی عددی استفاده و در تصویر شماره 3 نشان داده شده است.

تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
 
no residual  stresses taken int o account  = بدون در نظر گرفتن تنش پسماند
linear distribution of residual stresses taken in to account = توزیع خطی تنش پسماند در نظر گرفته شده است
 non linear distribution of residual stresses = توزیع غیر خطی تنش پسماند
تصویر 3.توزیع تنش مماسی در سراسر دیوار لوله ناشی از تنشهای پسماند

 

مدل عددی

دراینجا یک مدل از یک لوله‏ پلی اتیلنی شکاف‏دار استفاده شده است  تا تأثیر کمّی تنش پسماند را روی هندسه ترک  نماش دهد. در ابتدا روی سطح دیوار لوله داخلی یک ترک نیمه بیضی محوری ایجاد می‌شود .با استفاده از روش تقارن ضروری بود  تا تنها یک چهارم از بدنه‏ ی لوله را شبیه‏ سازی کنیم. قطر خارجی لوله مورد مطالعه با 40 میلی‏متر D=40 و ضخامت دیواره لوله با  s=3.7 برابر است. اندازه‏ ی معمولی نقص اولیه براساس مشاهدات تجربی با این فرمول am= 0.1 mm محاسبه شده است. میزان پاینت فشار داخلی با محدوده0 تا203 مگا پاسکال با داشتن تطابق با  تنش مماسی بین 0و 10 مگا پاسکال متغیراست. تنش مماسی به شکل زیر محاسبه شده است

تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
                                                                             
روش سازه محدود به نام اختصاری (FEM) که در بسته‏ ی FE ANSYS- اجرا می‏گردد جهت تشریح یا تحلیل‏ های عددی مورد استفاده قرار می‏گیرد. یک منحنی 20 گره با ISO سازه محدود پارامتری با قطر  3 SOLID186 برای تو لید منفذFE مورد استفاده قرار می‏گیرد و با توجه به شیب بالای تنش که تا نزدیکی جلوی ترک منحرف می‌شود. با وجود منافذ بسیار ریزی که در نزدیکی قسمت جلوی ترک قرار دارد منفذ FEبه شکل کاملا غیر همگن درون بدنه لوله پخش شده که در تصویر 4 نشان داده شده است.


تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن            
تصویر 4:  الگوی  نهایی سازه را از لوله ‏ی تحت فشار داخلی حاوی شکاف نشان میدهد.
اثرات خزش مواد لوله، در این مقاله مطرح نشده است و برای کلیه شبیه‏ سازی‏ ها، از الگوی مواد همسان‏ گرد ارتجاعی استفاده شده است.
(مطابق با 20 درجه سانتی‏گراد : الگوی یانک : E=930  مگا پاسکال- درصد پواسون:  V=0.33)
تنش‏های پسماند ناشی ازفرایند خنک کننده بطور غیرمستقیم و با استفاده از شرایط محدود درون مدل عددی گنجانده شده است. ابتدا توزیع واقعی تنش پسما‏ند توسط روش تجربی در نمودار شماره 11 توصیف شده.
بر اساس این نتایج , توزیع غیر همگن ضریب انبساط حرارتی(a)در سراسر ضخامت دیوار لوله به طریق زیر بدست می‌آید.
جایی که X یک مختصات در فاصله است0>.s> با بکاربردن توزیع نامتشابه a داخل الگوی عددی یا شمارشی، می‌توان تنش‏های پسماند را درون دیواره‏ ی لوله ایجاد کرد که در نمودار شماره 3 نشان داده شده است (توزیع غیر طولی). عامل شدت تنش SIF را می‌توان بعنوان یک پارامتر مکانیک شکست برای توصیف میدان تنش اطراف جلوی شکاف استفاده کرد. اگر a را طول یک شکاف در نظر بگیریم نسبت b به a برای بدست آوردن فاکتور شدت تنش ثابت در طول لبه ‏ی شکاف مکرارتغییر می‌کند. برای محاسبه SIF (عامل سختی تنش) از روش مستقیم استفاده شده است. مانند نمودار (14).
میزان SIF در 25 نقطه‌ی ادغام مداوم در طول مقابل شکاف جزء نقاط نزدیک به سطح رایگان برآورد می‌شود. نقاط  نزدیک سطح رایگان به طور برجسته ‏ای از طریق محور تکینکی تحت تأثیر قرار گرفتند نمودار (16/15) هر چند آنجا نمی‏توان میزان صحیح SIF را با شیوه ‏های کلاسیک LEFM برآورد کرد.

 

نتایج عددی

شکل بیضی مقابل شکاف با نسبت شیب  b به a معین می‏گردد. این نسبت به شکل عددی برای لوله ‏ای با تنش پسماند ناشی از فرایند تولید محاسبه می‌شود. نسبت نهایی ابعادb به a بعنوان تابعی از نسبت طول شکافA/S نشان داده شده است درشکل5 .
تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
 تصویر 5: نسبت شیب شکاف b/aبه عنوان تابعی از طول  نسبی شکاف ( A/S) برای سطوح مختلف تنش مماسی محاسبه می‏ شود.
تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
می‏توان مشاهده کرد که حضور تنش‏های پس‏مانده هندسه‌ی جلوی شکاف را تحت تأثیر خود قرار می‎‏دهد. نسبت شیب شکاف b/a بالاتراز میزان فشار داخلی خالص برای همه ‏ی طول‌های شکاف مورد مطالعه است. برای تنش مماسی بیش از 6 مگا پاسکال ، نسبت شیب شکاف ( b/a) تقریباً مشابه چیزی است که برای لوله‏ های تحت فشار بدون تنش‏های پسمانده به دست آمده است. شکل 5 نشان داده شده است.
آنجا یک معادله‏ برای محاسبه‏ ی عامل شدت تنش وجود دارد (تنها فشار داخلی) (6)
مقایسه‏ ی نتایج به دست آمده فعلی از یک لوله با تنش پسمانده همراه با نسبت (3) در تصویر شماره (6) نمایش داده شده است:
 
تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن

تاثیر تنش بر شکل ترک لوله‌های پلی اتیلن
تصویر شماره 6 :بیان می‏کند که عامل شدت تنش  KI برای سطوح مختلف تنش مماسی که یا دارای تنش پسمانده یا فاقد آن می‌باشند به شکل عددی محاسبه می‏شود. میزان تنش پسمانده، عامل شدت تنش محاسبه شده را از شکاف‏های درون لوله‏ها برای تمام سطوح بارگذاری بطور قابل توجهی افزایش می‏دهد.
 اینطور به نظر می‏رسد که افزایش KI امری تناسبی و به میزان تنش پسماند مماسی اضافی بستگی دارد است. بنابراین توضیح معادله ( 3 )که تأثیر تنش‏های پسمانده را شامل می شود را می‏توان به شکل زیر نوشت:

عامل شدت تنش برآورد شده در یک لوله با تنش‌های پسماند برای تنش مماسیMPa-hoop=
مگا پاسکال باعامل شدت تنش درون یک لوله که دارای تنش مماسی و معادل تنش کشش وارده برسطح داخلی است تقریبا مطابقت می‌کند. این نکته باید توجه شود که مسئله تناسب تنها یک محاسبه‏ ی تقریبی از عامل شدت تنش می‏ باشد. مقایسه عددی از عامل‏ های شدت تنش و آن‏هایی که محاسبه شده با استفاده از معادله (4) در تصویر شماره 7 مشاهده می‏شد.
با داشتن حداقل اختلاف یعنی عددی کمتر از 5% می توان تطابق خوبی را بین میزان عامل شدت تنس برای شکل هندسه‏ ی لوله محاسبه شده یافت.
شکل 7:مقایسه عامل شدت تنش شکاف در لوله‌ای که دارای تنش پسماند است یا به شکل عددی و یا با استفاده از معادله‏ محاسبه می‏شود.

 

نتیجه گیری

یک مطالعه عددی در مورد توسعه شکل شکاف درون یک لوله‏ ی پلیمری حاوی تنش پسمانده  اینجا ارائه گردیده است. رفتار ترک با استفاده از مکانیک ترک خطی قابل ارتجاع و با کمک روش سازه محدود ارزیابی شده است. تنش‏های پسمانده بر اساس داده‏ های تجربی در مدل عددی  لوله ترک خورده گنجانده شده است. این مسئله مشخص شده که وجود تنش‏های پسمانده روی شکل ترک اثر می‌گذارد و افزایش قابل توجهی از عامل شدت تنش در مقایسه با لوله‏ های فاقد تنش مشاهده شده است. یک معادله تقریبی برای محاسبه ‏ی عامل شدت تنش درون لوله‏ همراه با تنش پسمانده ارائه و یک توافق درست حاصل از داده عددی دریافت شده است.
نتایج ارائه شده می تواند جهت محاسبه ی سریع عمر لوله‌ها پلی اتیلن مفید باشد.

 

تصدیق
این تحقیق  با اعطای p108/12/1560 از سوی بنیاد علمی چک اسلواکی و اعطای تحقیق ویژه آکادمی وزارتخانه‌های آموزش و پرورش و ورزش وجوانان جمهوری چک اسلواکی به دانشگاه تکنولوژی دانشگاه مهندسی مکانیک به شماره FSI-J-12-21/1693  حمایت شده است.

P. Hutař1, M. Ševčík2, M. Zouhar2, L. Náhlík1 and J. Kučera3
1 Institute of Physics of Materials AS CR, Zizkova 22, 616 62 Brno, Czech Republic, (جمهوری چک اسلواکی)
hutar@ipm.cz, sevcik@ipm.cz, nahlik@ipm.cz
2 Brno University of Technology, Technická 2, 616 69 Brno, Czech Republic
zouhar@ipm.cz
3 Polymer Institute Brno, Tkalcovska 2, 656 49 Brno, Czech Republic,
kucera@polymer.cz

..:: پارس اتیلن کیش نامی که سالهاست می شناسید و به آن اعتماد دارید ::..


لوله پلی اتیلن

لوله پلی اتیلن

لوله پلی اتیلن
 
مطالب مرتبط

کاتالوگ لوله | کاتالوگ اتصالات | کاتالوگ منهول | کاتالوگ دستگاه جوش | کاتالوگ زهکش و PVC

Polyethylene pipe | HDPE Pipe | Corrugated pipe | Spiral Pipe | PVC Pipe | Sewerage pipe


عناوین پربازدید

 تماس با ما
 پارس اتیلن کیش در یک نگاه
 پارس اتیلن کیش نماد خودباوری , توانمندی و کیفیت
 مـامـوریـت و چشـم‌انـداز پــارس اتیــلن کیــش
 فروش و استراتژی های آن در پــارس اتیــلن کیــش
 دلایــل کیــفیت محصـولات پــارس اتیــلن کیــش
 آزمایشگاه کنترل کیفیت
 گارانتی و خدمات پس از فروش
 فراخوان آموزش رایگان جوشکاری
 آکادمی پارس اتیلن کیش
 کیفیت را تجربه کنید
 دلایل استفاده نکردن از لوله و اتصالات بی‌کیفیت
 پروانه استاندارد پارس اتیلن کیش
 انبارش لوله‌های پلی اتیلن
 نگهداری لوله‌ پلی‌اتیلن در برابر اشعه UV
 راهنمای جوش لوله و اتصالات پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن گاز
 لوله دوجداره کاروگیت
 اتصالات تکجداره پلی اتیلن
 اتصالات دوجداره پلی اتیلن
 اتصالات الکتروفیوژن
 قفس پلی‌اتیلن پرورش‌ ماهی
 سیستم تصفیه فاضلاب خانگی
 منهول پلی اتیلن
 منهول مخابراتی پلی اتیلن
 لوله پلی اتیلن آتشنشانی
 هندبوک لوله پلی اتیلن
 هندبوک لوله دوجداره کاروگیت
 لیست قیمت لوله پلی اتیلن
 لیست قیمت لوله کاروگیت
 گواهینامه اتحادیه اروپا
 گواهینامه FM Approval پارس اتیلن کیش
 PDMS کاتالوگ پارس اتیلن کیش
 مشخصات فنی خطوط لوله آب و فاضلاب - نشریه 303
 ضوابط و معيارهای فنی آبياری تحت فشار - نشریه 286
 کاربرد لوله پلی اتیلن در سیستم آتش‌نشانی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در نیروگاه‌ها
 کاربرد لوله پلی اتیلن در راه‌آهن
 کاربرد لوله پلی اتیلن در معدن
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در فــرودگـاه
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در کشاورزی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در انتقال کود و سموم کشاورزی
 کــاربـرد لوله پلی اتیلن در زهکشی
 کاربرد‌ لوله پلی اتیلن در محل‌های دفن زباله
 کاربرد مواد کوتینگ (پـوشـش) در لــولــه‌هـای فـــولادی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در کاورینگ کابل و فیبرهای نوری
 کاربرد لوله‌های پلی اتیلن در هوارسانی
 کاربرد لوله پلی اتیلن در کشتی‌ها
 کاربرد لوله پلی اتیلن در گرمایش از کف
 گالری پارس اتیلن
 منهول مماسی پلی اتیلن
 لوله پی وی سی - پلیکا
 لوله زهکش
 لوله پکس PEX
  نوار آبیاری پلی اتیلن
 پوش فیت Pushfit
 لوله پلی اتیلن لایروبی
 دستگاه جوش پلی اتیلن
 کاورینگ کابل - کاندوئیت
 انشعاب فاضلاب شهری
 سپتیک تانک پلی اتیلن
 آدم رو پلی اتیلن
 مخازن پلی اتیلن
 نیوجرسی پلی اتیلنی
 شیر‌ آلات صنعتی
 آبپاش آتشنشانی
 منهول فاضلاب
 دریچه کامپوزیتی منهول
 محفظه شیر -  جعبه کنتور
 کاربرد لوله پلی اتیلن در دریا
 قیمت لوله پلی اتیلن
 کاتالوگ محصولات
 خط تولید پلی اتیلن
 گواهینامه و تائیدیه ها
 مواد اولیه
 مواد پلی اتیلن بروج
 خبر نامه
 پلی اتیلن و محیط زیست
 استاندارد لوله پلی اتیلن
 استانداردهای مرجع
 مقالات تخصصی
 مقالات عمومی
 ورزش و سلامتی
 دانستنیهای جزیره‌ کیش
 استخدام در پارس اتیلن کیش
 فرصت های شغلی
 HSE Plan (ایمنی،بهداشت و محیط زیست)
 دانشگاه‌های معتبر
 پایان نامه مهندسی و تخصصی پلیمر و شیمی
 مطالب مدیریت, کارآفرینی, بازاریابی و تکنولوژی

 شرکت پارس اتیلن کیش هیچ نماینده ای در سطح ایران ندارد و فروش محصولات این شرکت تنها از طریق دفتر مرکزی انجام میپذیرد.

:: تمامی حقوق این وب سایت متعلق به شرکت  پارس اتیلن کیش می باشد :: توسعه  و بروزرسانی : پارس اتیلن کیش :: برترین تولید کننده لوله پلی اتیلن ::

:: Sitemap :: RSSFeed ::